JP6176709B2 - ガスタービンシステムのためのノズル取付および封止アセンブリ、ならびに、取付および封止方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示する主題は、ガスタービンシステムに関し、より詳細には、ノズル取付および封止アセンブリ、ならびにこうしたノズルアセンブリを取り付け、封止する方法に関する。

ノズルアセンブリは、通常、ガスタービンシステムの半径方向内側部分と半径方向外側部分の間に延びる複数の周方向に間隔をおいて配置された静翼を含む。ガスタービンシステムの燃焼器セクション内で点火された燃料空気混合物は、複数の周方向に間隔をおいて配置された静翼を通り、タービンセクションに向けて送られる。効果的かつ効率的な全システム性能を維持するには、半径方向内側部分および半径方向外側部分にノズルアセンブリを十分に取り付け、封止することが必要である。こうした要件を満たすことを試みて、様々な取付構造および封止構造が使用されてきたが、ガスタービンシステムの運転中にノズルアセンブリに加えられる応力は、たとえば、構成要素の亀裂および不十分な封止など、多様な構造上の問題を引き起こす条件を招くことが多い。

米国特許第８０３８３８９号明細書

本発明の一態様によれば、ガスタービンシステムのためのノズル取付および封止アセンブリは、外側バンドの後縁および回転止めピンスロットを有するノズルを含む。また、外側バンドの外面の周りで周方向に延びる止め輪も含まれ、止め輪は回転止めピンおよび回転止めピン孔を含み、回転止めピンは、回転止めピンスロットおよび回転止めピン孔内に軸方向に嵌合して存在するように構成されている。さらに、外側バンドの切欠き内に着座する封止板も含まれ、封止板は回転止めピンを回転止めピンスロット内に保持するように構成されている。また、封止板の穴あけ部分内に配置された座金がさらに含まれ、穴あけ部分は止め輪内のアパーチャと位置合わせされ、機械的締結具が穴あけ部分を通って止め輪内に延びて、封止板を止め輪に動作可能に結合する。

本発明の他の態様によれば、ガスタービンシステムのためのノズル取付および封止アセンブリは、少なくとも１つの静翼の半径方向外側部分と一体に形成された外側バンドを有するノズルを含み、外側バンドは前縁および後縁を含む。また、外側バンドの外面と係合し、外面の周りに周方向に延びる止め輪も含まれ、止め輪は、回転止めピンおよび回転止めピン孔を含み、回転止めピンは、回転止めピンスロットおよび回転止めピン孔内に嵌合して存在するように構成されている。さらに、前側、後側、半径方向内縁、および半径方向外縁を有する封止板が含まれ、半径方向内縁は外側バンドの外面に沿うように配置され、それによって回転止めピンが回転止めピンスロット内に保持される。また、さらに、半径方向外縁に近接するように封止板内に配置された段付きアパーチャが含まれ、段付きアパーチャは後側に近接する第１の穴および前側に近接する第２の穴を含み、第１の穴は第２の穴よりも大きい径を含み、カップ座金が段付きアパーチャ内に配置されて機械的締結具を受け、機械的締結具は止め輪内に延びて封止板を止め輪に締結する。

本発明の他の態様により、ノズルアセンブリをガスタービンシステム内に取り付け、封止する方法を提供する。この方法は、止め輪の回転止めピンを少なくとも１つのノズルの回転止めピンスロット内に軸方向に方向付けることによって、止め輪を少なくとも１つのノズルに近接するように配置することを含む。また、封止板を少なくとも１つのノズルの後縁に近接して少なくとも１つのノズルの外面に沿うように位置付けることも含まれる。さらに、封止板の穴あけ部分内に配置されたカップ座金内に、かつ止め輪内に配置されたアパーチャ内に延びる機械的締結具で、封止板を止め輪に取り付けることも含まれる。

上記その他の利点および特徴は、図面と併せて、以下の説明からさらに明らかになるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書の終わりの特許請求の範囲に具体的に示され明瞭に主張されている。本発明の上記その他の特徴および利点は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明から明らかである。

ノズルを示す上面斜視図である。 図１のノズルの後縁を示す拡大斜視図である。 ノズル取付および封止アセンブリを示す断面図である。 ノズル取付および封止アセンブリの止め輪および回転止めピンを示す斜視図である。 止め輪に動作可能に結合された封止板を示す斜視図である。 ガスタービンシステム内にノズルを取り付け、封止する方法を示す流れ図である。

詳細な記載は、図面を参照した例により、利点および特徴とともに本発明の実施形態を説明するものである。

図１および図２を参照すると、ノズルアセンブリが全体的に数字１０で示されている。ノズルアセンブリ１０は少なくとも１つの静翼１２を備えるが、通常は、複数の静翼がガスタービンシステムの中心軸の周りに周方向に配置される（図示せず）。少なくとも１つの静翼１２は、全体または一部が中空のエーロフォイルであり、それぞれ弓状に形付けられた外側バンド１４と内側バンド１６との間に延びる。少なくとも１つの静翼１２を外側バンド１４および内側バンド１６と一体に形成して、単一構造、具体的にはノズルアセンブリ１０を形成することができる。少なくとも１つの静翼１２は、冷却キャビティ２２を画定する正圧側壁１８および負圧側壁２０を含む。

外側バンド１４は、外側バンド前縁２４および外側バンド後縁２６を含む。同様に、内側バンド１６は内側バンド前縁２８および内側バンド後縁３０を含む。外側バンド１４は、さらに、外側バンド前縁２４と外側バンド後縁２６の間に延びるプラットホーム３２を含み、プラットホーム３２は外面３４および内面３６を有する。後部フランジ３８は外側バンド後縁２６に近接するように配置され、そこから概して半径方向に外側に延びる。より具体的には、後部フランジ３８は、外側バンド１４の外面３４から半径方向に外側に延びる。後部フランジ３８内に回転止めピンスロット４０が形成され、その機能を以下に詳細に記載する。

次に、図２に加えて、図３を参照すると、少なくとも１つの冷却孔４４は、外側バンド１４を通って外側バンド後縁２６に近接するように延びる。図で示したように、少なくとも１つの冷却孔４４は、通常、互いに周方向に間隔をおいて配置され、比較的平行に延びる複数の冷却孔を含む。少なくとも１つの冷却孔４４を、図で示した例など、様々な角度に方向付けることができる。正確な角度に関係なく、少なくとも１つの冷却孔４４は、外側バンド１４の外面３４に非常に近接するように、外面３４の半径方向内側に延びる。少なくとも１つの冷却孔４４は、ガスタービンシステムの動作中に外側バンド後縁２６に冷却効果を与える。ガスタービンシステムの動作は、熱い空気燃料混合物を外側バンド１４および内側バンド１６によって画定される通路を通して流すことを伴う。熱い空気燃料混合物は、少なくとも１つの静翼１２を通過して下流に通される。熱い空気燃料混合物が少なくとも１つの静翼１２上を、かつ外側バンド１４の内面３６に沿って通過中に、熱応力が外側バンド１４に加えられる。冷却源（図示せず）は、外面３４付近の領域に熱い空気燃料混合物の影響を抑えるための冷却流を供給する。冷却流を少なくとも１つの冷却孔４４に通すことによって、外側バンド後縁２６が部分的に冷却される。少なくとも１つの冷却孔４４は、外側バンド１４の外面３４、ならびに外側バンド後縁２６付近の領域内に熱い空気燃料混合物の吸入漏れの影響が及ぶのも低減する。

止め輪５０は、ノズルアセンブリ１０の外側バンド１４の半径方向外側に、かつ後部フランジ３８に非常に近接するように配置される。止め輪５０は、外側バンド１４の外面３４の少なくとも一部の周りに周方向に延び、回転止めピン５２および回転止めピン孔５３を含む。回転止めピン５２は、ノズルアセンブリ１０の後部フランジ３８内に配置された回転止めピンスロット４０内に位置付けられるように構成される。回転止めピン５２は、後部フランジ３８の回転止めピンスロット４０内に配置された場合に、ガスタービンシステムの長手方向軸に対して軸方向に整列するように構成される。回転止めピン５２は、組立中にノズルアセンブリ１０の止め輪５０に対する適切な周方向の位置を与える。回転止めピン５２は、回転止めピンスロット４０内に設置されると、止め輪５０をノズルアセンブリ１０に、より具体的には外側バンド１４に係合させ、動作可能に結合する。回転止めピン５２は、回転止めピン５２とノズルアセンブリ１０の間に軸方向の間隙間隔５４が配置された状態で、回転止めピンスロット４０内に嵌合する。半径方向の間隙間隔５５も設けられ、ノズルアセンブリ１０の後部フランジ３８と止め輪５０の間に配置され、それによってノズルアセンブリ１０に止め輪５０に対する僅かな回転自由が与えられ、したがって、ガスタービンシステムの動作中にノズルアセンブリ１０および止め輪５０に印加される熱的に引き起こされる応力が低減される。

回転止めピン５２を軸方向に保持するために、封止板６０が配置され、外側バンド後縁２６付近の外側バンド１４の外面３４に沿って着座する。封止板６０は、前側６２、後側６４、半径方向内縁６８、および半径方向外縁７０を含む。封止板６０は、半径方向内縁６８に沿って着座し、前側６２は止め輪５０に沿って配置され、それによって前側６２と止め輪５０の間に接触面７２が形成される。前側６２は回転止めピン５２を回転止めピンスロット４０および回転止めピン孔５３内で保持するための拘束表面を与える。止め輪５０は少なくとも１つの冷却溝７４を含むが、典型的には、少なくとも１つの冷却溝７４は互いに半径方向に間隔をおいて配置され、止め輪５０の周りに周方向に延びる複数の冷却溝を含む。少なくとも１つの冷却溝７４は、止め輪５０内に、かつ止め輪５０と封止板６０の前側６２の間の接触面７２に位置付けられる。

次に図４を参照すると、回転止めピン５２は、止め輪５０の後面９７に近接するように配置された軸方向の後端９６を含む。軸方向後端９６は、少なくとも１つの冷却溝７４に対応する少なくとも１つの切欠き部分９８を有する。少なくとも１つの切欠き部分９８は、段を形成する凹部を含み、それにより、回転止めピン５２が少なくとも１つの冷却溝７４を通って流れる冷却空気を妨げないようになる。

次に、図３に加えて、図５を参照すると、封止板６０は止め輪５０に固定される。封止板６０は、段付きアパーチャ８２を含む穴あけ部分８０を含み、穴あけ部分８０は封止板６０の半径方向外縁７０付近に配置される。段付きアパーチャ８２は、第１の部分８４および第２の部分８６を含み、第１の部分８４の外周は第２の部分の外周よりも大きい。段付きアパーチャ８２は、止め輪５０内に配置されたアパーチャ８８を有する止め輪穴ぐり９４と位置合わせされる。こうした構成により、座金９０を設置しやすくなる。座金９０はカップ形座金でもよく、座金９０を通して、たとえば、ねじまたはボルトなど機械的締結具９２を設置し、それによって封止板６０を止め輪５０に締結し固定することができる。座金９０および機械的締結具９２の構成により、封止板６０を止め輪５０に固定するために必要とされる構造的一体性が与えられ、止め輪５０と封止板６０の相対運動も可能になり、それによってガスタービンシステムの動作中に機械的締結具９２に過剰なせん断負荷が加えられる可能性が低減される。さらに、座金９０の構成、ならびに前述したように、回転止めピン５２の軸方向の後端９６の少なくとも１つの切欠き部分９８により、隣接するシュラウドアセンブリに有効に取り付けるための比較的平坦な全体表面が設けられる。

複数の封止板を備える実施形態が企図され、封止板６０は隣接する封止板６１に非常に近接するように配置される。封止板６０は隣接する封止板６１の縁部６５に周方向に隣接するように存在する第１の縁部６３を含む。封止板は第１の縁部６３に沿った切欠き部分６７を含んで、封止対合構成要素の封止機能を向上させ、熱い空気燃料混合物に露出される止め輪５０の面積を縮小する。

図６の流れ図で示し、図１〜図５を参照して、ノズルアセンブリ１００を取り付け、封止する方法も提供する。ノズルアセンブリ１０、封止板６０、および止め輪５０は前に記載したため、具体的な構造の構成要素をさらに詳細に記載する必要はない。ノズルアセンブリの取付および封止方法１００は、１０２で、止め輪を少なくとも１つのノズルアセンブリに近接するように配置することを含む。１０４で、ノズルアセンブリ１０の止め輪５０に対する適切な位置付けは、回転止めピンを回転止めピンスロット内に位置合わせすることを含む。１０６で、回転止めピン５２を回転止めピンスロット４０内に保持するため、封止板を外側バンド１０６の外面に沿うように位置付ける。封止板の外面に沿った位置付け１０６により、１０８で、回転止めピンを封止板６０の前側６２に拘束する。封止板の止め輪への取り付け１１０は、機械的締結具９２を上記で参照したカップ形座金など、封止板６０内に配置される座金９０内に、かつ止め輪５０のアパーチャ８８内に設置することを含む。

本発明を単に限られた数の実施形態に関連して詳細に記載したが、容易に理解されるように、本発明はこうした開示の実施形態に限定されない。むしろ、本発明を変更して、これまで記載していないが、本発明の精神および範囲に相応の任意の数の変形形態、変更形態、代替形態、または等価の構成を組み込むことができる。さらに、本発明の様々な実施形態を記載したが、理解されるように、本発明の態様は、記載の実施形態の一部しか含むことができない。したがって、本発明は上記に限定されず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１０ ノズルアセンブリ
１２ 静翼
１４ 外側バンド
１６ 内側バンド
１８ 正圧側壁
２０ 負圧側壁
２２ 冷却キャビティ
２４ 外側バンド前縁
２６ 外側バンド後縁
２８ 内側バンド前縁
３０ 内側バンド後縁
３２ プラットホーム
３４ 外面
３６ 内面
３８ 後部フランジ
４０ 回転止めピンスロット
４４ 冷却孔
５０ 止め輪
５２ 回転止めピン
５３ 回転止めピン孔
５４ 軸方向の間隙間隔
５５ 半径方向の間隙間隔
６０ 封止板
６１ 隣接する封止板
６２ 前側
６３ 第１の縁部
６４ 後側
６５ 縁部
６７ 切欠き部分
６８ 内縁
７０ 外縁
７２ 接触面
７４ 冷却溝
８０ 穴あけ部分
８２ 段付きアパーチャ
８４ 第１の部分
８６ 第２の部分
８８ アパーチャ
９０ 座金
９２ 機械的締結具
９４ 止め輪穴ぐり
９６ 軸方向の後端
９７ 後面
９８ 切欠き部分
１００ ノズルアセンブリ
１０２ ノズルアセンブリ
１０４ 回転止めピンスロット
１０６ 外側バンド
１０８ 封止および拘束
１１０ 止め輪

Claims (11)

1. ガスタービンシステムのためのノズル取付および封止アセンブリであって、
   外側バンドの後縁および回転止めピンスロットを有するノズルと、
   前記外側バンドの外面の周りに周方向に延びる止め輪であって、回転止めピンおよび回転止めピン孔を含み、前記回転止めピンが前記回転止めピンスロットおよび前記回転止めピン孔内に軸方向に嵌合して存在するように構成されている、止め輪と、
   前記外側バンドの外面に着座し、前記回転止めピンを前記回転止めピンスロットおよび前記回転止めピン孔内に保持するように構成されている封止板と、
   前記封止板の穴あけ部分内に配置される座金であって、前記穴あけ部分が前記止め輪内のアパーチャと位置合わせされ、機械的締結具が前記穴あけ部分を通って前記止め輪内に延びて前記封止板を前記止め輪に動作可能に結合する、座金と、
   前記止め輪と前記封止板の間の接触面に近接するように前記止め輪内に配置された少なくとも１つの冷却溝と、
   を備え、
   前記封止板が前記封止板の第１の縁部に近接するように、かつ隣接する封止板の縁部に近接するように配置された少なくとも１つの切欠きを含む、
   ノズル取付および封止アセンブリ。
2. 前記座金が前記封止板の前記穴あけ部分内に配置されたカップ座金である、請求項１に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
3. 前記ノズルの前記後縁に近接するように前記外側バンド内に配置された少なくとも１つの冷却孔をさらに含む、請求項１または２に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
4. 前記少なくとも１つの冷却孔が前記封止板の半径方向内側の位置で角度を付けて延びる、請求項３に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
5. 前記ノズルの後部フランジ付近で前記ノズルと前記止め輪の間の軸方向の間隙間隔をさらに含む、請求項１乃至４のいずれかに記載のノズル取付および封止アセンブリ。
6. ガスタービンシステムのためのノズル取付および封止アセンブリであって、
   少なくとも１つの静翼の半径方向外側部分と一体に形成された外側バンドを有するノズルであって、前記外側バンドが前縁および後縁を含む、ノズルと、
   前記外側バンドの外面と係合し、この外面の周りに周方向に延びる止め輪であって、回転止めピンおよび回転止めピン孔を含み、前記回転止めピンが回転止めピンスロットおよび前記回転止めピン孔内に嵌合して存在するように構成されている、止め輪と、
   前側、後側、半径方向内縁、および半径方向外縁を有する封止板であって、前記半径方向内縁が前記外側バンドの前記外面に沿うように配置され、それによって前記回転止めピンが前記回転止めピンスロット内に保持される封止板と、
   前記半径方向外縁に近接するように前記封止板内に配置された段付きアパーチャであって、前記後側に近接する第１の穴および前記前側に近接する第２の穴を含み、前記第１の穴が前記第２の穴よりも大きい径を含み、カップ座金が前記段付きアパーチャ内に配置されて機械的締結具を受け、前記機械的締結具が前記止め輪内に延びて前記封止板を前記止め輪に締結する、段付きアパーチャと、
   前記止め輪と前記封止板の間の接触面に近接するように前記止め輪内に配置された少なくとも１つの冷却溝と、
   を備え、
   前記封止板が前記封止板の第１の縁部に近接するように、かつ隣接する封止板の縁部に近接するように配置された少なくとも１つの切欠きを含む、
   ノズル取付および封止アセンブリ。
7. 前記少なくとも１つの冷却溝が前記ノズルの前記外側バンドの周りに周方向に延びる、請求項６に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
8. 前記回転止めピンの軸方向の後端が前記少なくとも１つの冷却溝に対応する少なくとも１つの切欠き部分を含む、請求項７に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
9. 前記ノズルの前記後縁に近接するように前記外側バンド内に配置された少なくとも１つの冷却孔をさらに含む、請求項６乃至８のいずれかに記載のノズル取付および封止アセンブリ。
10. 前記少なくとも１つの冷却孔が前記外側バンドの前記切欠き内に着座した前記封止板の半径方向内側の位置で角度を付けて延びる、請求項９に記載のノズル取付および封止アセンブリ。
11. 前記ノズルの後部フランジに近接して、前記ノズルと前記止め輪との間の軸方向の間隙間隔をさらに含む、請求項６乃至１０のいずれかに記載のノズル取付および封止アセンブリ。